(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュー直線移動機構（２０）により直線的に前後移動される射出ブロック（２１）と、この射出ブロック（２１）にスラスト軸受（４７）及び玉軸受（４８、４９）を介して回転自在に収納されるスクリューカップリング（２２）と、このスクリューカップリング（２２）に連結され加熱筒（２３）内を回転自在に前後移動するスクリュー（２４）と、前記射出ブロック（２１）に搭載され前記スクリューカップリング（２２）を回すスクリュー回転機構（４０）とからなる射出装置（１０）において、
前記スクリューカップリング（２２）の外周に、前記スラスト軸受（４７）へ与圧を付与する与圧用ナット（５１）がねじ込まれ、
前記スクリューカップリング（２２）の軸中心に、貫通穴（５２）が設けられ、この貫通穴（５２）に前記スクリュー（２４）の軸力を測定する筒形ロードセル（５３）が嵌められ、この筒形ロードセル（５３）に前記測定した軸力を外部へ送信する第１通信部（６０）が内蔵され、
前記射出ブロック（２１）に前記軸力情報を受信する第２通信部（６５）が設けられていることを特徴とする射出装置。
【請求項２】
前記スクリュー（２４）と前記筒形ロードセル（５３）との間に、前記射出ブロック（２１）の前後方向に延びる中継ライナー（５５）が介設されていることを特徴とする請求項１記載の射出装置。
【請求項３】
前記中継ライナー（５５）は、前記スクリュー（２４）よりも低い熱伝導率の材料で造られていることを特徴とする請求項２記載の射出装置。
【請求項４】
前記第１通信部（６０）は、交流磁界によるコイルの相互誘導作用を利用する第１アンテナコイル（５７）を備え、
前記第２通信部（６５）は、前記第１通信部（６０）へ電力を供給する電源（６８）を備えると共に交流磁界によるコイルの相互誘導作用を利用する第２アンテナコイル（５８）を備え、前記第１アンテナコイル（５７）及び前記第２アンテナコイル（５８）は、前記軸中心に配置されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機の射出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出装置では、加熱筒にスクリューを内蔵し、このスクリューを回転させながら樹脂材料を加熱筒内へ導く。加熱筒の熱とスクリューの回転により樹脂材料は可塑化される。可塑化された樹脂材料が加熱筒の先端に溜まり、この溜まり量が増加するにしたがってスクリューが後退する。溜まり量が所定量に達したら、スクリューの回転を止める（計量工程完了）。次に、スクリューを前進させることで、樹脂を金型へ射出する（射出工程）。
【０００３】
油圧式射出装置では、油圧シリンダの油圧によりスクリューに加わる軸力を検出することができる。
一方、電動式射出装置では、スクリューの後端にロードセル（荷重検出手段）を設けておき、このロードセルで、射出時にスクリューに作用する樹脂圧力（射出圧力とも呼ばれる。）や、計量時にスクリューに作用する樹脂圧力を検出して、フィードバック制御に供する。
【０００４】
ロードセルの取付けに関しては、各種の構造が提案されてきた（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００５】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６は従来の射出装置のスクリュー回転駆動部の断面図であり、射出ブロック１０１に固定されているスクリュー回転用サーボモータ１０２により、プーリ１０３、１０４が回されると、スクリューカップリング１０５が回され、想像線で示すスクリュー１０６が回される。
【０００６】
スクリューカップリング１０５は、深溝玉軸受１０７、アンギュラ玉軸受１０８及び深溝玉軸受１０９で回転自在に射出ブロック１０１に支持されている。
スクリュー１０６に軸力が加わると、スクリューカップリング１０５に軸力が加わり、この軸力がスラスト軸受１１１を介してロードセル１１２に作用する。
【０００７】
ロードセル１１２は射出ブロック１０１に内蔵されており、非回転側の部材である。一方、深溝玉軸受１０７の内輪１１３、アンギュラ玉軸受１０８の内輪１１４及び深溝玉軸受１０９の内輪１１５は、スクリューカップリング１０５と共に回転する回転側の部材である。
スラスト軸受１１１は、スクリューカップリング１０５に当たっている一方の輪１１６が回転側の部材で、他方の輪１１７が非回転側の部材となる。
【０００８】
スラスト軸受１１１は、一方の輪１１６と他方の輪１１７と鋼球１１８とからなり、軸力（スラスト力）を専門に受ける軸受である。
このように複数の部品で構成されるスラスト軸受１１１を介して軸力がロードセル１１２に伝達されるが、スラスト軸受１１１の状態（特に、内部すきまの存在）によって、ロードセル１１２に作用する軸力が変化又は変動する。
【０００９】
特許文献１の技術には、その対策が講じられている。すなわち、ナット１１９を締めることで、一方の輪１１６に他方の輪１１７を接近させ、隙間をゼロに近づけることができる。このような操作は、軸受に予圧を付与すると呼ばれる。
しかし、この予圧操作により、ロードセル１１２にも圧縮力が加わり、ロードセル１１２にゼロ点補正を実施するなどの、対策が必要となる。
そのため、軸受予圧の影響を受けない構造が望まれる。
【００１０】
また、ロードセル１１２では、円板の途中にくびれ部１１２ａが設けられ、このくびれ部１１２ａにストレインゲージ１１２ｂが付設されている。スクリューカップリング１０５がスクリュー１０６で押されると、スクリューカップリング１０５が軸方向に変位し、くびれ部１１２ａよりも軸中心側の中心部１１２ｃが軸方向に変位し、この変位がストレインゲージ１１２ｂで検出される。
【００１１】
なお、スクリューカップリング１０５が、深溝玉軸受１０７の内輪１１３との間で滑り、且つアンギュラ玉軸受１０８の外輪が、射出ブロック１０１との間で滑ることで、スクリューカップリング１０５は軸方向の変位が可能となる。
これらの滑りにより不可避的に摩擦力が発生する。すると、ロードセル１１２に加わる力は、スクリュー１０６の押力から摩擦力を差し引いた値になる。
すなわち、ロードセル１１２が、軸受１０７、１０８などで挟まれているため、ロードセル１１２の測定精度が低下する。
そのため、軸受の影響を受けない構造の改善が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２８３５２６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、スクリューの軸力をスラスト軸受を介さないでロードセルへ伝達できると共に軸受予圧及び軸受の影響を受けない構造の射出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係る発明は、スクリュー直線移動機構により直線的に前後移動される射出ブロックと、この射出ブロックにスラスト軸受及び玉軸受を介して回転自在に収納されるスクリューカップリングと、このスクリューカップリングに連結され加熱筒内を回転自在に前後移動するスクリューと、前記射出ブロックに搭載され前記スクリューカップリングを回すスクリュー回転機構とからなる射出装置において、
前記スクリューカップリングの外周に、前記スラスト軸受へ与圧を付与する与圧用ナットがねじ込まれ、
前記スクリューカップリングの軸中心に、貫通穴が設けられ、この貫通穴に前記スクリューの軸力を測定する筒形ロードセルが嵌められ、この筒形ロードセルに前記測定した軸力を外部へ送信する第１通信部が内蔵され、
前記射出ブロックに前記軸力情報を受信する第２通信部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明では、スクリューと筒形ロードセルとの間に、射出ブロックの前後方向に延びる中継ライナーが介設されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明では、中継ライナーは、スクリューよりも低い熱伝導率の材料で造られていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明では、第１通信部は、交流磁界によるコイルの相互誘導作用を利用する第１アンテナコイルを備え、
前記第２通信部は、第１通信部へ電力を供給する電源を備えると共に交流磁界によるコイルの相互誘導作用を利用する第２アンテナコイルを備え、第１アンテナコイル（５７）及び第２アンテナコイル（５８）は、軸中心に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明では、軸受に付与する予圧力が加わらない部位にロードセルが設けられている。そのため、ロードセルとは無関係に軸受に自由に予圧を掛けることができる。
また、スラスト軸受を介さないで、直接的にスクリューの軸力をロードセルで検出させることができるため、軸力の検出精度を高めることができる。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、スクリューの軸力をスラスト軸受を介さないでロードセルへ伝達できると共に軸受予圧及び軸受の影響を受けない構造の射出装置が提供される。
【００２０】
請求項２に係る発明では、スクリューと筒形ロードセルとの間に、射出ブロックの前後方向に延びる中継ライナーを置くようにした。
筒形ロードセルはロードセル及び第１通信部を内蔵している。ロードセルの種類や大きさが変化し又は第１通信部の方式や大きさが変化すると、筒形ロードセルの軸長さが変化する。
筒形ロードセルの軸長さの変化は、中継ライナーの長さを変更することで吸収させることができる。したがって、筒形ロードセルの設計の自由度が増加する。
【００２１】
請求項３に係る発明では、中継ライナーは、スクリューよりも低い熱伝導率の材料で造られている。樹脂の可塑化による発熱や加熱筒の熱でスクリューが暖められる。一方、筒形ロードセルは、温度に弱い第１通信部を内蔵している。中継ライナーでスクリューから筒形ロードセルへ向かう熱をある程度遮断することで、第１通信部などに及ぼす熱的ダメージを解消することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明では、いわゆる電磁結合方式により、第１通信部と第２通信部との間の通信を行わせるようにした。電磁結合方式では、第２通信部から非接触状態で第１通信部へ給電が可能である。
筒形ロードセル内に、第１通信部の駆動用電池を内蔵する場合に比べて、本発明によれば電池が不要であるため、電池の交換作業が不要になると共に筒形ロードセルのコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る射出装置の断面図である。
【図２】本発明に係る射出装置の要部断面図である。
【図３】第１・第２通信部の構成図である。
【図４】図２の別実施例を示す図である。
【図５】図２のさらなる別実施例を示す図である。
【図６】従来の射出装置のスクリュー回転駆動部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００２５】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、射出装置１０は、スクリュー直線移動機構２０により直線的に前後移動される射出ブロック２１と、この射出ブロック２１に軸受を介して回転自在に収納されるスクリューカップリング２２と、このスクリューカップリング２２に連結され加熱筒２３内を回転自在に前後移動するスクリュー２４と、射出ブロック２１に搭載されスクリューカップリング２２を回すスクリュー回転機構４０とからなる電動式射出装置である。
【００２６】
射出ブロック２１は、加熱筒基部フランジ２５とこのフランジ２５に対向して配置される基板２６とに渡されたタイバー２７に移動自在に支持されている。
【００２７】
スクリュー直線移動機構２０は、基板２６に取付けられる射出モータ３１と、この射出モータ３１の出力を伝達するプーリ３２、ベルト３３及びプーリ３４と、基板２６に回転自在に取付けられ射出ブロック２１へ延びるボールねじ軸３５と、このボールねじ軸３５に螺合するボールナット３６と、このボールナット３６を射出ブロック２１に連結する連結筒３７とからなる。
【００２８】
ボールナット３６は回らないで、ボールねじ軸３５が回る。射出モータ３１によりボールねじ軸３５を回すことにより、射出ブロック２１をタイバー２７に沿って直線的に移動させることができる。
【００２９】
スクリュー回転機構４０は、射出ブロック２１に取付けられるスクリュー回転モータ４１と、このスクリュー回転モータ４１の出力を伝達するプーリ４２、ベルト４３及びプーリ４４とからなる。プーリ４４はスクリューカップリング２２にボルトで連結されている。スクリュー回転モータ４１によりスクリューカップリング２２を介してスクリュー２４を回すことができる。
【００３０】
スクリューカップリング２２周りの構造を次図で詳しく説明する。
図２に示すように、射出ブロック２１に、深溝玉軸受４６、スラスト軸受４７、アンギュラ玉軸受４８、深溝玉軸受４９を介して、スクリューカップリング２２が回転自在に取付けられている。
スクリューカップリング２２の一端にねじ込まれている予圧用ナット５１を回すことで、スラスト軸受４７に予圧を掛けることができる。
【００３１】
スクリューカップリング２２の軸中心に貫通穴５２が設けられ、ボールねじ軸３５側から筒形ロードセル５３が嵌められ、ボルト５４によりスクリューカップリング２２に固定されている。さらに、貫通穴５２には、円柱形状の中継ライナー５５が軸方向移動可能に嵌め込まれている。この中継ライナー５５はスクリューの後端面と筒形ロードセル５３とに挟まれる部材である。中継ライナー５５の軸方向の長さは、スクリューの後端面と筒形ロードセル５３との距離に対応して決定される。
【００３２】
筒形ロードセル５３は、スクリューカップリング２２と共に回転する。このような回転側の部材である筒形ロードセル５３に第１アンテナコイル５７が備えられている。一方、非回転側の部材である連結筒３７に第２アンテナコイル５８が備えられている。この第２アンテナコイル５８と第１アンテナコイル５７とは、所定の間隔を置いて互いに対向するように配置されている。
【００３３】
筒形ロードセル５３の内部構成の一例を次に説明する。
図３に示すように、筒形ロードセル５３には、ストレインゲージ５９と、このストレインゲージ５９からの情報を電気情報の形態で外部へ発進する第１通信部６０と、が内蔵されている。
ストレインゲージ５９は、軸力に応じて電気抵抗値が変化する特性を有し、一般に筒形ロードセル５３の内周面（又は外周面）に貼り付けられる。
【００３４】
第１通信部６０は、例えば、電気抵抗値の変化を検出する抵抗値変化検出部６１と、この抵抗値変化検出部６１で検出した情報を軸力に換算し、電気信号の形態で出力する変換部６２と、この変換部６２の出力を無線通信に適合するように変調する変調回路６３と、この変調回路６３の出力を外部に発信する第１アンテナコイル５７とからなる。
【００３５】
非回転側の部材である射出ブロック２１に連結筒３７が機械的に連結され、この連結筒３７に、第２通信部６５が設けられている。連結筒３７は射出ブロック２１の一部の部材であり、第２通信部６５は射出ブロック２１側に設けられていることになる。すなわち、第２通信部６５は、非回転側の部材である射出ブロック２１又は射出ブロック２１に付属する非回転側の部材に設けられていればよい。
【００３６】
第２通信部６５は、第２アンテナコイル５８と、フレキシブル配線６６と、復調回路６７と、交流電源６８とからなる。すなわち、フレキシブル配線６６を延ばすことで、復調回路６７及び交流電源６８は、任意の位置に置くことができる。
【００３７】
さらに第２アンテナコイル５８は、受信用コイル５８ａと給電用コイル５８ｂとからなる。
受信用コイル５８ａは、交流磁界によるコイル（すなわち、第１アンテナコイル５７と受信用コイル５８ａ）の相互誘導を利用して、無線で情報を受信するアンテナである。受信した情報は、復調回路６７で軸力情報に戻す。
【００３８】
また、給電用コイル５８ｂと第１アンテナコイル５７との間で電磁誘導作用により、電力を無線送電する。結果、交流電源６８からコンデンサ６９に給電することができる。このコンデンサ６９に蓄えた電気エネルギーで第１通信部６０の消費電力を賄うことができる。
【００３９】
以上に例示した２つのコイル間に交流磁界を発生させて通信を行う方式は、電磁結合方式と呼ばれる。電磁作用を利用するため、この方式は、外部からのノイズに強く、ダーティな環境での使用が可能である。
【００４０】
この電磁結合方式を、電磁誘導方式やマイクロ波方式に変更することが可能である。
電磁誘導方式は、２つのアンテナコイルの誘導磁束による誘起電圧を利用する無線通信方式である。
また、マイクロ波方式は、２つのアンテナコイル間でマイクロ波により通信する無線通信方式である。
したがって、第１通信部６０から第２通信部６５へ無線通信する方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式、マイクロ波方式、その他の任意の方式の何れであってもよい。
【００４１】
次に、図１、図２の変更実施例を説明する。
図４に示すように、ボールナット３６を基板２６に回転自在に設け、連結筒３７にボールねじ軸３５を固定してもよい。射出モータ３１でボールナット３６を回すことにより、射出ブロック２１を軸方向に移動させることができる。この際においても、第１アンテナコイル５７から第２アンテナコイル５８へ軸力情報を無線通信することができる。
その他は図１、図２と同じであるため、符号を流用して説明を省略する。
【００４２】
また、図５に示すように、スクリューカップリング２２を２本のボールねじ軸３５、３５で挟んだ形態の射出装置１０では、スクリューカップリング２２の後面７１が空いている。そこで、後面７１を簡単なカバー７２で覆い、このカバー７２の内面に第２アンテナコイル５８を設けることができる。
その他は図１、図２と同じであるため、符号を流用して説明を省略する。
【００４３】
以上に述べた射出装置１０における作用は次の通りである。
図２に示すように、スクリューの軸力は中継ライナー５５を介して直接筒形ロードセル５３に加わる。そして、予圧用ナット５１を締めてスラスト軸受４７に予圧を掛けても、予圧用ナット５１による締付け力が筒形ロードセル５３に加わる心配はない。
すなわち、スラスト軸受４７に付与する予圧力（締付け力）が加わらない部位に筒形ロードセル５３が設けられている。そのため、筒形ロードセル５３とは無関係にスラスト軸受４７に自由に予圧を掛けることができることになる。
【００４４】
また、スクリューとロードセルとの間にスラスト軸受が介在する構造の場合は、スラスト軸受の存在により、軸力の検出精度が低下する可能性がある。
本発明では、スラスト軸受４７を介さないで、直接的にスクリューの軸力を筒形ロードセル５３で検出させることができるため、軸力の検出精度を高めることができる。
【００４５】
図３に示される中継ライナー５５は、スクリュー２４よりも低い熱伝導率の材料で造られることが望まれる。
スクリュー２４は鋼製材料で造られるため、その熱伝導率は３５〜４０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である。
中継ライナー５５は、熱伝導率が１４ｋｃａｌ／ｍｈ℃であるＳＵＳ３０４、熱伝導率が１２ｋｃａｌ／ｍｈ℃である５０Ｎｉ鋼、または更に低熱伝導率のセラミックスで造ることができる。
【００４６】
樹脂の可塑化による発熱や加熱筒の熱でスクリュー２４が暖められる。一方、筒形ロードセル５３は、温度に弱い第１通信部６０を内蔵している。中継ライナー５５でスクリュー２４から筒形ロードセル５５へ向かう熱をある程度遮断することで、第１通信部６０などに及ぼす熱的ダメージを解消又は軽減することができる。
【００４７】
また本発明では、いわゆる電磁結合方式により、第１通信部６０と第２通信部６５との間の通信を行わせるようにした。電磁結合方式では、第２通信部６５から非接触状態で第１通信部６０へ給電が可能である。
筒形ロードセル内に、第１通信部の駆動用電池を内蔵する場合に比べて、本発明によれば電池が不要であるため、電池の交換作業が不要になる。電池が不要であるから、電池の収納スペースが不要となり、少なくともこのスペース分だけ筒形ロードセル５３のコンパクト化を図ることができる。
【００４８】
なお、図３において、中継ライナー５５を省いて、直接スクリュー５５を筒形ロードセル５３に当てるようにしても良い。
また、ストレインゲージ５９は、圧電セラミックスでもよく、軸力を電気量に変換できる圧電変換素子であれば種類は問わない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、ロードセルを備える電動式射出装置に好適である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…射出装置、２０…スクリュー直線移動機構、２１…射出ブロック、２２…スクリューカップリング、２３…加熱筒、２４…スクリュー、４０…スクリュー回転機構、４７…スラスト軸受、５１…予圧用ナット、５２…貫通穴、５３…筒形ロードセル、５５…中継ライナー、５７…第１アンテナコイル、５８…第２アンテナコイル、５９…ストレインゲージ、６０…第１通信部、６５…第２通信部。
【図１】
0005514651.tif 000002
【図２】
0005514651.tif 000003
【図３】
0005514651.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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